CN107799196A - 用于对翼型加热和除冰的导电材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对翼型加热和除冰的导电材料。本公开的复合翼型包括具有第一表面的根部。所述翼型包括中间部，该中间部具有第一表面并且在第一端部与所述根部连接。所述翼型包括梢部，该梢部具有第一表面并且在第一端部与所述中间部的第二端部连接。所述翼型包括导电材料层，该导电材料层与所述根部的第一表面、所述中间部的第一表面和所述梢部的第一表面中的至少一个相邻。所述导电材料包含第一聚合物、第二聚合物和磺酸。

Description

用于对翼型加热和除冰的导电材料
技术领域
本公开的各方面包括具有导电材料的翼型(airfoil)及其制造方法和应用。
背景技术
寒冷的天气条件促进载具表面积冰。为了除冰，通常将大量化学品喷洒到冰上以促进熔化。另外或作为另选，对载具表面进行电加热来熔化冰涉及大量的能量消耗以促进充分除冰。大量的化学品和/或能量消耗都成为载具用户的成本负担。
对于诸如直升机等旋翼飞行器的翼型(如旋翼桨叶)来说，除冰特别有挑战性。适用于旋翼飞机的现有除冰构思涉及电热冰保护系统。该系统仍然是唯一的美国联邦航空管理局和国防部批准的旋翼桨叶实施系统。
该系统包括安装在桨叶前缘的加热器。约0.0025"厚的这些除冰加热器可以集成在桨叶的上部翼梁中。而且，设置在翼梁上的常规材料有数千分之一英寸厚，这可能妨碍材料对例如侵蚀保护层的粘合性。对于除冰过程来说，加热器的目标是将冰/旋翼界面的温度快速提升至高于32°F。通常寻求大于50°F的温度。加热过程仅熔化冰的界面，使旋转桨叶所固有的离心力将冰从表面去除。过慢施加的热量或者施加至薄冰层的热量不会释放冰，因为离心力没有大至足以克服冰/旋翼结合。冰然后局部熔化，并且液态水流至桨叶的尾部并重新冻结。称作回流(runback)的这个过程是不利的，因为重新冻结位置通常在受加热器影响的区域之外，并且不能用额外的加热器脉冲去除该冰。另外，接近最大桨叶厚度的重新冻结位置通常处于显着降低翼型性能的区域。
该系统包括将电能施加至旋翼桨叶的一个或多个部件的发电机。根据旋翼桨叶结构，需要约25WSI(瓦特每平方英寸)的功率密度，从而以最小通电时间来实现所需的表面温度。这种功率密度对飞机电气系统有很大的要求。为了降低峰值功率需求，加热器覆层被分成多个区块。这些区块以特定的顺序点火以对桨叶除冰，并且该顺序可以针对结冰状况来调整。然而，加热器在区块之间不能有任何未加热区域，这增加了用于购买/制造这些旋翼桨叶的成本。加热器必须尽可能靠近对接形成，以排除桨叶区域未被加热的情况，因此不允许从旋翼桨叶的表面受控地释放冰。紧密间距涉及电源线的放置精度。该系统包括复杂的控制系统要求，如传感器输入和控制排序。当前，旋翼桨叶部件故障通常涉及安装一个或多个新桨叶。在某些情况下，旋翼桨叶部件故障使整个桨叶除冰系统无法修理。
尽管加热器设计已经不断改进，但许多旋翼桨叶材料不能集成到现代更高的应变设计，因为它们对于苛刻的环境来说不具有足够的“适航”特性，如机械强度。
旋翼桨叶技术的另一个挑战是设计与设置在旋翼桨叶的表面上(与其相邻)的边缘侵蚀保护层(如钛、镍和聚氨酯)相容的有效且可靠的除冰材料。侵蚀涂层通常是绝热的，这需要大的能量消耗以对旋翼桨叶表面充分除冰。因此，常规的除冰材料除了对苛刻环境的长寿的耐久的侵蚀冲击保护之外，不具有足够的电气性能。飞机的载具部件、特别是旋翼桨叶的传统表面涂层，通常不是高导电性，而是具有数百千欧姆至数十兆欧姆的电阻率。因此，飞机的传统表面涂层可以允许在飞机的表面(和其它部件)上积累电荷。除了无法消散电荷积累之外，传统涂层可能不具有其它理想的“适航”特性。例如，关于耐久性参数的性能(如雨水侵蚀、紫外线耐性、高温耐性、低温耐性、不足的柔性以及砂和冰雹损失耐性)对于暴露至苛刻条件的诸如飞机等载具表面上的传统表面涂层来说可能不是理想的。
本领域所需要的是既导电又适航的材料以及制造和使用该材料的方法。
发明内容
在至少一个方面中，复合翼型包括：包含第一表面的根部，和中间部，该中间部包含第一表面并且在第一端部与所述根部连接。所述翼型包括梢部，该梢部包括第一表面并且在第一端部与所述中间部的第二端部连接。所述翼型包括导电材料层，该导电材料层连接至所述根部的第一表面、所述中间部的第一表面或所述梢部的第一表面中的至少一个。所述导电材料包含第一聚合物、第二聚合物和磺酸。
在至少一个方面中，复合翼型包括：包含第一表面的根部，和中间部，该中间部包括第一表面并且在第一端部与所述根部连接。所述翼型包括梢部，该梢部包括第一表面并且在第一端部与所述中间部的第二端部连接。所述翼型包括导电材料层，该导电材料层与所述根部的第一表面、所述中间部的第一表面和所述梢部的第一表面中的至少一个相邻。所述导电材料包含碳同素异形体材料、导电聚合物和磺酸。
在至少一个方面中，形成设置在复合翼型上的导电材料的方法包括：混合第一聚合物和第二聚合物以形成第一材料。所述方法包括将第一材料沉积到翼型上并且固化第一材料。
在至少一个方面中，形成设置在复合翼型上的导电材料的方法包括：将包括聚合物和磺酸的第一材料沉积到设置在翼型上的碳同素异形体材料上，以形成设置在该翼型上的第二材料，并且固化第二材料。
附图说明
为了可以详细理解本公开的上述特征，可以参照部分例示在附图中的多个方面而拥有对上面简要概述的本公开的更具体说明。然而，要注意的是，附图仅例示了本公开的典型方面，因此不应被视为对其范围的限制，对于本公开来说，可以允许其它等效方面。
图1A是根据本公开的一些方面的旋翼桨叶的透视图。
图1B是根据本公开的一些方面的图1A的旋翼桨叶的分解图。
图1C是根据本公开的一些方面的图1A的旋翼桨叶的放大截面图。
图2例示了根据本公开的一些方面的用于电阻测量的可能的电极布置。
图3例示了根据本公开的一些方面的示例范德堡测量芯片。
图4例示了根据本公开的一些方面的碳纳米管材料的电流-电压曲线。
图5例示了根据本公开的一些方面的PANI材料在可见光和近红外区域的吸收。
图6例示了根据本公开的一些方面的PEDOT:PSS材料的电阻与厚度的关系。
图7A例示了根据本公开的一些方面的聚氨酯中PANI:DNNSA 40％的的电阻与材料厚度的关系。
图7B例示了根据本公开的一些方面的利用IPA清洗的聚氨酯中PANI:DNNSA 40重量％的电阻与材料厚度的关系。
图8例示了根据本公开的一些方面的纯PANI:DNNSA材料的描绘为阻抗对频率的阻抗谱Bode图。
图9是例示根据本公开的一些方面的在叉指式电极上流延并利用清洗剂处理的PANI:DNNSA材料的相对电导率的柱状图。
图10例示了根据本公开的一些方面的由甲苯流延的PANIPOL材料的电阻(以千欧姆计)与退火温度的关系。
图11例示了根据本公开的一些方面的环氧树脂涂层中的PANI:DNNSA的电阻率与利用各种清洗剂处理的环氧树脂中的％PANI的关系。
图12例示了根据本公开的一些方面的PEDOT:PSS材料在材料中不同量的PEDOT:PSS的电阻率。
图13例示了根据本公开的一些方面的旋转速率与材料厚度的关系。
图14例示了根据本公开的一些方面的沉积到基底上的PANI:DNNSA膜原样的电导率与厚度的关系。
为了易于理解，在可能的情况下，使用了相同的附图标记来指代图中共用的相同要素。设想的是，一个方面的要素和特征可以在没有进一步陈述的情况下有益地并入其它方面。
具体实施方式
本公开涉及翼型，其包括对经受使用中的静电积累和除冰的部件有用的材料。该材料除了其它理想的适航特性外，通常还包括高导电性。如本文所使用的，“翼型”包括(螺旋桨、旋翼或涡轮的)机翼或桨叶形状的基体。翼型包括旋翼飞行器或固定翼飞机的旋翼桨叶、固定翼表面。如下面更详细描述的，诸如旋翼桨叶等翼型包括一个或多个表面(如外表面)，以及一个或多个部件。如本文所述，“翼型部件”包括适于与一个或多个其它翼型部件结合形成翼型的任何合适的结构。
本公开的旋翼桨叶包括一个或多个旋翼桨叶部件。如本文所述，“旋翼桨叶部件”包括适于与一个或多个其它旋翼桨叶部件结合来形成旋翼桨叶的任何合适的结构。图1A是根据本公开的一些方面的旋翼桨叶的透视图。如图1A所示，主旋翼组装件(未示出)的旋翼桨叶100由根部102、中间部104和梢部106制成。各部分102、104、106都是用于沿旋翼桨叶翼展针对速度增加来调整旋翼桨叶空气动力学的任何合适的几何形状。旋翼桨叶梢部106包括成角度几何形状，如上反角、下反角、海鸥式(gull)和弯曲式等。旋翼桨叶部分102、104、106沿着第一边缘112与第二边缘114之间的纵轴P界定旋转轴A与梢部106的远端110之间的旋翼桨叶100的翼展。
图1B是图1A的旋翼桨叶的分解图。如图1B所示，旋翼桨叶100由上蒙皮116、芯体118、主翼梁120、下蒙皮122以及前缘组装件124制成。芯体118包括轻质泡沫材料、蜂窝状材料或其组合。蒙皮116和122包括一层或多层预浸复合材料，如嵌入任何合适的树脂基质材料中的编织玻璃纤维材料。树脂基质材料包括环氧树脂、聚酰亚胺高温聚合物基质复合材料、双马来酰亚胺高温聚合物基质复合材料、无机聚合物、聚苯并噁唑、聚苯并噁嗪、聚醚醚酮或其组合。作为另选或者补充，如下更详细描述的，本公开的一个或多个静电消散材料层150可以设置在旋翼桨叶的一个或多个部件(如部分102、104和/或106、蒙皮116、芯体118和122、边缘组装件124、配重组装件126和/或翼梁120)的表面上(例如，相邻)。翼梁120、芯体118以及蒙皮116和122通称为袋式组装件，其前部由前缘组装件124包覆。翼梁120包括钛、其它金属、复合材料或其组合。在至少一个方面中，翼梁120、芯体118、蒙皮116和122以及前缘组装件124被分成多个节段，其可以包括具有翼展长度(与弦向长度相反)的各种组合。
图1C是图1A的旋翼桨叶的放大截面图。如图1C所示，边缘组装件124由诸如钛侵蚀层或镍侵蚀层等耐磨材料层130制成，以提供磨损保护。耐磨材料层130设置在(例如，粘性结合至)导电材料层150上。导电材料层150设置在(例如，粘性结合至)翼梁120和/或配重组装件126上。边缘组装件124可以包括任何其他合适的耐磨材料和静电消散材料。粘性结合包括聚酯粘合剂和/或环氧树脂粘合剂。
配重组装件126由其中设置有重物138的填充物136制成。填充物136包括一层或多层预浸复合材料，如其中装有重物138的嵌入合适树脂基质材料中的编织玻璃纤维材料。树脂基质材料包括环氧树脂、聚酰亚胺高温聚合物基质复合材料、双马来酰亚胺高温聚合物基质复合材料、无机聚合物、聚苯并噁唑、聚苯并噁嗪、聚醚醚酮及其组合。配重组装件126粘性结合至翼梁120的边缘，使得配重组装件126设置在导电材料层150与翼梁120的边缘之间。配重组装件126提供旋翼桨叶100的重量平衡。在至少一个方面中，配重组装件126由作为泡沫、钨、铅或其混合物的配重138沿从根部102至梢部106的翼展方向制成，从而提供使旋翼桨叶100重量平衡的重量分布。
本公开的一种或多种材料设置在旋翼桨叶的一个或多个部件(例如，桨叶组装件100的部件)上。在至少一个方面中，所述一种或多种材料设置在旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件的一个或多个位置处，以形成设置在旋翼桨叶和/或旋翼桨叶部件上的材料区，例如，图1B和1C的导电材料层150是材料区。因为本公开的材料的电气特性，设置在旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件上的材料区可以具有比常规加热材料区更小的尺寸。在至少一个方面中，材料区是宽度为约0.5英寸～约10英寸的翼展区域，如约1英寸～约3英寸，例如约1英寸、约2英寸、约3英寸。在一些方面中，材料区是宽度为约0.5英寸～约100英寸的弦向区域，如约10英寸～约40英寸、如约18英寸～约36英寸，例如约18英寸、约24英寸、约30英寸、约36英寸。在一些方面中，旋翼桨叶包括约1～约500个材料区，如约2个区域～约100个区域，如约3个区域～约10个区域，例如，3个区域、4个区域、5个区域。材料区可以按弦向和/或翼展方向设置在旋翼桨叶上。
本公开的材料提供了旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件的快速表面加热(例如，至约150℃)，其为旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件的一个或多个部件的充分除冰提供了降低的能量消耗。快速表面加热是有利的，因为与通常的旋翼桨叶相比，其降低了对旋翼桨叶加热器的总体能量需求。在至少一个方面中，在本公开的旋翼桨叶内根本不存在加热器。而且，本公开的材料可以设置在旋翼桨叶的翼梁上或上方的表面上，这与通常的旋翼桨叶的加热器不同。该方面提供了对旋翼桨叶的部件的便利修理，而不涉及对旋翼桨叶进行大量解体以修理例如加热器。
在至少一个方面中，材料包括碳同素异形体材料、第一聚合物和磺酸(例如，DNNSA)。第一聚合物和/或磺酸可以设置在碳同素异形体材料上(例如，作为层)和/或可以设置在碳同素异形体材料中(例如，存在于碳同素异形体材料的空腔中)。碳同素异形体材料包括多壁碳纳米管，如单壁碳纳米管(SWNT)和/或双壁碳纳米管(DWNT)、石墨烯、聚碳酸酯、富勒烯和/或其混合物。本公开的碳同素异形体材料提供对材料的额外的电气、机械和/或热控制。在至少一个方面中，碳同素异形体材料是导电、多孔和/或编织的(有序的)或无纺的(无序的)有机和/或无机材料片。在至少一个方面中，碳同素异形体材料是金属涂覆的碳同素异形体材料，例如，金属涂覆的碳纳米管。金属包括镍和/或铜。
在至少一个方面中，碳同素异形体材料是碳素同素异形体材料片。该片材为材料提供改进的柔性和拉伸强度。片材可以是包括多个片材的多层。例如，沉积一个或多个石墨烯层，随后将一种或多种导电聚合物和磺酸沉积到石墨烯层上和/或浸渍在石墨烯层之间。
在至少一个方面中，本公开的材料还包括纤维材料。纤维材料包括：石墨、碳纤维、玻璃纤维、尼龙、芳族聚酰胺聚合物、聚乙烯或其混合物。例如，玻璃纤维纱包括碳纳米管涂层，它们各自包含一种或多种导电聚合物和一种或多种磺酸。纤维材料是编织或无纺的。无纺纤维例如包括玻璃纤维、玻璃纤维布、碳纤维和/或其混合物。编织材料和/或无纺材料提供对本公开的材料的电气和机械特性的进一步调节。
在至少一个方面中，包含碳同素异形体材料的材料的电导率值(例如，欧姆/□)比单独的碳同素异形体材料和/或没有碳同素异形体材料的材料的欧姆/□值高约1.2倍(x)～约20x，如约1.5x～约10x，如约2x～约5x，例如约2x、约3x、约4x、约5x。在至少一个方面中，包含碳同素异形体材料的材料的机械强度值(例如，抗拉强度：MPa)比单独的碳同素异形体材料和/或没有碳同素异形体材料的材料的机械强度值高约1.2x～约20x，如约1.5x～约10x，如约2x～约5x，例如约2x、约3x、约4x、约5x。在至少一个方面中，包含碳同素异形体材料的材料的热导率值比单独的碳同素异形体材料和/或没有碳同素异形体材料的材料的热导率值高约1.2x～约20x，如约1.5x～约10x，如约2x～约5x，例如约2x、约3x、约4x、约5x。在至少一个方面中，材料包含约20重量％～约80重量％的碳同素异形体材料，如约40重量％～约60重量％，例如约40重量％、约45重量％、约50重量％、约55重量％、约60重量％。在至少一个方面中，材料包括约10重量％～约25重量％的碳同素异形体材料，例如10重量％、15重量％、20重量％、25重量％。
在至少一个方面中，第一聚合物是聚苯胺(PANI)、聚(乙撑二氧噻吩)(PEDOT)、聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)、聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯、环氧树脂、含缩水甘油基-Si-Zr的溶胶凝胶、聚酯、苯氧基树脂、聚硫、其混合物或其盐。聚苯胺可以占材料的约0.1重量百分比(重量％)～约25重量％。在至少一个方面中，材料可以包括约20重量％～约80重量％的第一聚合物，如约40重量％～约60重量％，例如约40重量％、约45重量％、约50重量％、约55重量％、约60重量％。第一聚合物可以是聚(乙撑二氧噻吩)和聚(苯乙烯磺酸盐)的混合物，并且该混合物可以为该材料的约1重量％～约50重量％，如约10重量％～约25重量％，例如10重量％、15重量％、20重量％、25重量％。
磺酸降低了本公开的导电材料的电阻率。
在至少一个方面中，磺酸为式(I)的萘磺酸：
式(I)的各苯环在适当的时候是未取代的、单取代、二取代、三取代，或四取代有R1或R2。R1的各实例独立地选自烷基(例如，C1-C20烷基)、芳基、氨基、硝基以及卤素(-F、-Cl、-Br、-I)，并且R2的各实例独立地选自烷基(例如，C1-C20烷基)、芳基、氨基、硝基以及卤素(-F、-Cl、-Br、-I)。C1-C20烷基取代的萘磺酸包括：二壬基萘磺酸、甲基萘磺酸、乙基萘磺酸、丙基萘磺酸、丁基萘磺酸、戊基萘磺酸、己基萘磺酸、庚基萘磺酸、辛基萘磺酸、壬基萘磺酸、癸基萘磺酸、二甲基萘磺酸、二乙基萘磺酸、二丙基萘磺酸、二丁基萘磺酸、二戊基萘磺酸、二己基萘磺酸、二庚基萘磺酸、二辛基萘磺酸、二癸基萘磺酸。
导电材料可以包含约1重量％～约50重量％的萘磺酸，如约3重量％～约25重量％，如约10重量％～约15重量％，例如5重量％、10重量％、15重量％。其它磺酸包括：苯磺酸、蒽磺酸、芘磺酸，它们各自是未取代、单取代或多取代的，其中，取代的各实例独立地为烷基(例如，C1-C20烷基)、芳基、氨基、硝基或卤素(-F、-Cl、-Br、-I)。
在至少一个方面中，导电材料由碳同素异形体材料、第一聚合物、第二聚合物和磺酸制成。该碳同素异形体材料、第一聚合物和磺酸如上所述。第二聚合物是聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯、环氧树脂、含缩水甘油基-Si-Zr的溶胶凝胶、聚酯、苯氧基树脂、聚硫、其混合物或其盐。
在至少一个方面中，导电材料由第一聚合物、第二聚合物和磺酸制成。第一聚合物、第二聚合物和磺酸如上所述。
本公开的材料中的碳同素异形体材料、第一聚合物和/或第二聚合物是未取代、单取代或多取代的(例如，二取代、三取代或四取代)，其中，取代的各实例选自烷基(例如，C1-C20烷基)、芳基、氨基、硝基和卤素(-F、-Cl、-Br、-I)。在至少一个方面中，材料由约20重量％～约80重量％的第二聚合物制成，如约40重量％～约60重量％，例如约40重量％、约45重量％、约50重量％、约55重量％、约60重量％。第二聚合物可以是聚氨酯或聚乙烯醇缩丁醛。聚乙烯醇缩丁醛可以占所述材料的约10重量％～约40重量％，如约10重量％～约25重量％，例如10重量％、15重量％、20重量％、25重量％。
在至少一个方面中，本公开的材料中的碳同素异形体材料是包含多壁碳纳米管(如单壁碳纳米管(SWNT)和/或双壁碳纳米管(DWNT))、石墨烯、聚碳酸酯和富勒烯的片材。
本公开的材料中的第一聚合物包括：聚苯胺(PANI)、聚(乙撑二氧噻吩)(PEDOT)、聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)、聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸酯、环氧树脂、含缩水甘油基-Si-Zr的溶胶凝胶、诸如聚酯等热塑性塑料、诸如苯氧基树脂等树脂、诸如聚硫等密封剂及其混合物。
本公开的材料中的第二聚合物包括：PANI、PEDOT、PSS、聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、丙烯酸酯、环氧树脂、含缩水甘油基-Si-Zr的溶胶凝胶、诸如聚酯等热塑性塑料、诸如苯氧基树脂等树脂、诸如聚硫等密封剂及其混合物。
环氧树脂包括：部分固化的环氧树脂、特别添加的环氧树脂、包含催化剂的双组分环氧树脂(如从加州Bay Point的Henkel Corporation可获的EA 956环氧树脂)、包含树脂和硬化剂的双液体体系(如从丹麦Ballerup的Struers A/S可获的EPOFIX树脂)、氨基苯酚的三缩水甘油醚(如来自瑞士Monthey的Huntsman Advanced Materials的Araldite MY 0500或MY 0510)、四官能环氧树脂(如N,N,N',N'-四缩水甘油基间二甲苯二胺(如来自瑞士Monthey的Huntsman Advanced Materials的Araldite MY0720或MY0721))及其混合物。环氧树脂还包括双官能环氧树脂，如双酚A(Bis-A)或双酚-F(Bis-F)类环氧树脂。Bis-A环氧树脂商业上可获得，如Araldite GY6010(Huntsman Advanced Materials)或DER 331，其从密歇根Midland的Dow Chemical Company可获。Bis-F环氧树脂商业上可获得，如Araldite GY281和GY285(Huntsman Advanced Materials)。例如，环氧树脂适于飞机外部的热固性材料，因为它们是耐用的，例如，旋翼桨叶的前缘表面的后部或侵蚀保护材料的表面下方。
聚苯胺例如包括式(II)的聚苯胺：
(其中，x为正整数，如约10～约10000)，还原态聚苯胺(leucoemeraldine)、翠绿亚胺和氧化态聚苯胺((per)nigraniline)，其混合物、其盐及其碱。聚苯胺是未取代、单取代或多取代的(例如，二取代、三取代或四取代)，其中，取代的各实例独立地为烷基(例如，C1-C20烷基)、芳基、氨基、硝基或卤素(-F、-Cl、-Br、-I)。
聚(乙撑二氧噻吩)例如包括式(III)的聚(乙撑二氧噻吩)：
(其中，x为正整数，如约10～约10000)，和/或其盐。聚(乙撑二氧噻吩)是未取代、单取代或多取代的(例如，二取代、三取代或四取代)，其中，取代的各实例选自烷基(例如，C1-C20烷基)、芳基、氨基、硝基或卤素(-F、-Cl、-Br、-I)。
聚(苯乙烯磺酸盐)例如包括式(IV)的聚(苯乙烯磺酸盐)：
(其中，x为正整数，如约10～约10000)，和/或其盐。聚(苯乙烯磺酸盐)是未取代、单取代或多取代的(例如，二取代、三取代或四取代)，其中，取代的各实例选自烷基(例如，C1-C20烷基)、芳基、氨基、硝基或卤素(-F、-Cl、-Br、-I)。
丙烯酸酯例如包括式(V)的聚丙烯酸酯：
(其中，x为正整数，如约10～约10000)，和/或其盐。R1和R2独立为C1-C20烷基或C1-C20羟烷基。在至少一个方面中，R2是甲基。丙烯酸酯包括：聚丙烯酸羟烷基酯、聚甲基丙烯酸羟烷基酯、聚丙烯酸烷基酯以及聚甲基丙烯酸烷基酯。合适的聚丙烯酸羟烷基酯或聚甲基丙烯酸羟烷基酯的实例包括：聚(丙烯酸2-羟基乙基酯)、聚(丙烯酸2-羟基-1-甲基乙基酯)、聚(丙烯酸2-羟基丙基酯)、聚(丙烯酸3-羟基丙基酯)、聚(丙烯酸2-羟基丁基酯)、聚(丙烯酸4-羟基丁基酯)、聚(甲基丙烯酸2-羟基乙基)、聚(甲基丙烯酸2-羟基-1-甲基乙基酯)、聚(甲基丙烯酸2-羟基丙基酯)、聚(丙烯酸3-羟基丙基酯)、聚(甲基丙烯酸2-羟基丁基酯)、聚(甲基丙烯酸4-羟基丁基酯)等，以及乙二醇和丙二醇的丙烯酸或甲基丙烯酸酯，如聚(二甘醇丙烯酸酯)等。还可用的是如马来酸、富马酸和衣康酸等不饱和酸的含羟基酯和/或酰胺。在至少一个方面中，羟基-丙烯酸类聚合物由基于丙烯酸酯总重量的5重量％至35重量％的单烯属不饱和含羟基单体制成，在某些实施方式中为10重量％至25重量％。合适的聚丙烯酸烷基酯和聚甲基丙烯酸烷基酯包括：聚(丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸乙酯)、聚(丙烯酸丙酯)、聚(丙烯酸异丙酯)、聚(丙烯酸丁酯)、聚(丙烯酸异丁酯)、聚(丙烯酸己酯)、聚(丙烯酸2-乙基己酯)、聚(丙烯酸壬酯)、聚(丙烯酸月桂酯)、聚(丙烯酸硬脂基酯)、聚(丙烯酸环己基酯)、聚(丙烯酸异癸酯)、聚(丙烯酸苯基酯)、聚(丙烯酸异冰片酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸丙酯)、聚(甲基丙烯酸异丙酯)、聚(甲基丙烯酸丁酯)、聚(甲基丙烯酸异丁酯)、聚(甲基丙烯酸己酯)、聚(甲基丙烯酸2-乙基己酯)、聚(甲基丙烯酸壬酯)、聚(甲基丙烯酸月桂酯)、聚(甲基丙烯酸硬脂基酯)、聚(甲基丙烯酸环己酯)、聚(甲基丙烯酸异癸酯)、聚(甲基丙烯酸苯基酯)、聚(甲基丙烯酸异冰片酯)等。
聚氨酯例如包括式(VI)的聚氨酯：
(其中，x是约10～约10000的整数)。R1、R2、R3、R4以及R5的各实例独立地为氢或C1-C20烷基。聚氨酯包括Aptek 2100A/B和Aerodur 3002(从Argosy International,Inc.可获)。聚氨酯是未取代、单取代或多取代的(例如，二取代、三取代或四取代)，其中，取代的各实例独立地为烷基(例如，C1-C20烷基)、芳基、氨基、硝基或卤素(-F、-Cl、-Br、-I)。
本公开的材料可以设置(例如，作为层)在翼型的部件(诸如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件)上。材料(例如，作为层)的厚度可以为约0.1μm～约100μm，如约1μm～约8μm，如约2μm～约6μm，例如，约0.1μm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm。本公开的材料的电气特性提供了用于对翼型、如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件除冰的薄层。薄材料层有利于导电表面在受限结构(如旋翼桨叶的桨叶翼梁)中的应用。设置在翼梁上的常规材料例如有数千分之一英寸厚，这可能妨碍材料对侵蚀保护层的粘合性。在至少一个方面中，材料的电阻为约1e+4Ω/□～约1e+8Ω/□，例如，约1e+4Ω/□、约1e+5Ω/□、约1e+6Ω/□、约1e+7Ω/□、约1e+8Ω/□。作为电阻率的倒数的电导率提供静电消散和除冰。
导电材料可以是固体百分比为约0.1重量％～约30重量％的处于溶剂中的第一聚合物、多元醇、异氰酸酯、碳同素异形体材料和磺酸的一种或多种反应产物。在至少一个方面中，导电材料可以由固体百分比为约0.1重量％～约30重量％的处于溶剂中的第一聚合物、多元醇、异氰酸酯和磺酸的一种或多种反应产物制成。聚合物在溶剂中存在的固体百分比可以为约0.1重量％～约30重量％，如约1重量％～约15重量％，例如约1重量％、约2重量％、约3重量％、约4重量％、约5重量％、约6重量％、约7重量％、约8重量％、约9重量％、约10重量％、约11重量％、约12重量％、约13重量％、约14重量％、约15重量％。第一聚合物包括：聚苯胺、聚(乙撑二氧噻吩)、聚(苯乙烯磺酸盐)或其混合物。该溶剂包括二甲苯、苯、甲苯、二甲基亚砜、水或其混合物。磺酸包括萘磺酸。
在后述方法中，第一聚合物、第二聚合物、碳同素异形体以及磺酸如上所述。
在至少一个方面中，用于形成导电材料的方法包括：将诸如碳纳米管、石墨烯、聚碳酸酯和/或富勒烯等碳同素异形体材料沉积到基底上，随后固化以形成片材。该方法还包括：将第一聚合物和/或第二聚合物沉积到所述片材上以形成设置在基底上的第一材料。该方法包括固化第一材料。该基底可以是旋翼桨叶的部件，并且第一材料可以是在沉积和/或固化之后具有约0.1μm～约10μm的厚度的层，如约1μm～约8μm，如约2μm～约6μm，例如，约0.1μm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm。该方法可以包括：在将第一聚合物和/或第二聚合物沉积到碳同素异形体材料上之前，将第一聚合物和/或第二聚合物溶解在溶剂中。该溶剂包括：二甲苯、苯、甲苯、二甲基亚砜、水或其混合物。沉积包括：流涂、滴落流延、浸涂、喷涂、丝网印刷、槽模涂覆、流涂和/或喷墨印刷。流涂包括在基底的第一端部上沉积材料并使基底成一定角度以使材料朝向基底的第二端部流动，其提供从第一端部到第二端部的材料梯度。沉积条件可以加以调节，其不影响碳同素异形体材料的长度(其与电导率相关)、碳同素异形体材料的空中密度和碳同素异形体材料的重量密度(例如，在厚度和/或分散方面更薄的纱)。
在至少一个方面中，用于形成导电材料的方法包括：将第一聚合物沉积到碳同素异形体材料上以形成设置在基底上的第一材料。在至少一个方面中，碳同素异形体材料是片材。该方法包括固化第一材料。该基底可以是翼型的部件(如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件)，并且第一材料包括在沉积之后具有约0.1μm～约10μm的厚度的层，如约1μm～约8μm，如约2μm～约6μm，例如，约0.1μm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm。该方法可以包括：在将第一聚合物沉积到碳同素异形体材料上之前，将第一聚合物溶解在溶剂中。该溶剂包括：二甲苯、苯、甲苯、二甲基亚砜、水或其混合物。沉积包括：流涂、滴落流延、浸涂、喷涂、丝网印刷、槽模涂覆、流涂和/或喷墨印刷。
在至少一个方面中，用于形成导电材料的方法包括：将第一聚合物和/或第二聚合物沉积到基底上以形成设置在该基底上的第一材料。该方法可以包括固化第一材料。该基底可以是翼型的部件(如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件)，并且第一材料可以是在沉积和/或固化之后具有约0.1μm～约10μm的厚度的层，如约1μm～约8μm，如约2μm～约6μm，例如，约0.1μm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm。该方法可以包括：在将第一聚合物和/或第二聚合物沉积到基底上之前，将第一聚合物和/或第二聚合物溶解在溶剂中。该溶剂包括：二甲苯、苯、甲苯、二甲基亚砜、水或其混合物。沉积包括：流涂、滴落流延、浸涂、喷涂、丝网印刷、槽模涂覆、流涂和/或喷墨印刷。该方法还可以包括：将诸如碳纳米管、石墨烯、聚碳酸酯和/或富勒烯等碳同素异形体材料沉积到第一材料上，然后固化，以形成具有碳同素异形体材料的第二材料。沉积条件可以加以调节，其不影响碳同素异形体材料的长度(与电导率相关)、碳同素异形体材料的空中密度和碳同素异形体材料的重量密度(例如，在厚度和/或分散方面更薄的纱)。由此，材料的电气特性可以通过材料的含量来控制，如聚合物、磺酸、溶剂等的量和类型。
在至少一个方面中，用于形成导电材料的方法包括：混合第一聚合物和第二聚合物以形成第一材料。该方法包括：将第一材料沉积到设置在基底上的碳同素异形体材料上以形成设置在基底上的第二材料。在至少一个方面中，碳同素异形体材料是片材。该方法包括固化第二材料。该基底可以是旋翼桨叶的部件，并且第二材料可以是在沉积之后具有约0.1μm～约10μm的厚度的层，如约1μm～约8μm，如约2μm～约6μm，例如，约0.1μm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm。该方法可以包括：在将第一聚合物与第二聚合物混合之前将第一聚合物溶解在溶剂中。该溶剂包括：二甲苯、苯、甲苯、二甲基亚砜、水或其混合物。
在至少一个方面中，用于形成导电材料的方法包括：混合碳同素异形体材料、第一聚合物以及第二聚合物以形成第一材料。该方法包括：将第一材料沉积到碳同素异形体材料上以形成设置在碳同素异形体材料上的第一材料，随后固化第一材料。在至少一个方面中，碳同素异形体材料是片材。该基底可以是翼型的部件(如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件)，并且第一材料和/或第二材料包括在沉积之后具有约0.1μm～约10μm的厚度的层，如约1μm～约8μm，如约2μm～约6μm，例如，在沉积之后约0.1μm～约10μm，例如，约0.1μm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm。该方法可以包括：在将碳同素异形体材料、第一聚合物以及第二聚合物彼此混合之前将第一聚合物和/或第二聚合物溶解在溶剂中。该溶剂包括：二甲苯、苯、甲苯、二甲基亚砜、水或其混合物。
本公开的方法可以包括：利用清洗剂清洗第一材料和/或第二材料。该清洗剂包括：异丙醇、对甲苯磺酸、丙酮、甲醇、其水合物、其溶剂化物或其混合物。清洗可以包括将清洗剂喷洒到第一材料和/或第二材料的表面上达约1秒钟～约10分钟，如约1分钟～5分钟。清洗可以包括将清洗剂喷洒到材料的表面上，其量为约1mL～约25kL，如约1L～约100L，如约1L～约5L，例如约1L、约2L、约3L、约4L、约5L。清洗可以包括利用第二清洗剂清洗第一材料和/或第二材料，该第二清洗剂为异丙醇、对甲苯磺酸、丙酮、甲醇、其水合物、其溶剂化物或其混合物。在至少一个方面中，清洗剂是对甲苯磺酸，并且是1重量％的对甲苯磺酸在丁氧基乙醇中的混合物。清洗剂包括二壬基萘磺酸和异丙醇的混合物。在至少一个方面中，清洗包括将第一材料和/或第二材料浸入清洗剂中约1秒钟～约1分钟。
对于本文所述的方法，固化第一材料和/或第二材料的步骤可以包括：将材料的温度升高至峰值固化温度，并将峰值固化温度保持约1秒钟～约48小时，如约1小时～约10小时。该峰值固化温度可以为约室温～约200℃，如约50℃～约90℃，例如，50℃、60℃、70℃、80℃、90℃。
对于本文所述的方法，将第一材料和/或第二材料沉积到基底上可以通过将第一材料以约100rpm～约4000rpm的速率、如约500rpm～约2000rpm、例如约500rpm、约1000rpm、约1,500rpm、约2000rpm的速率旋涂到基底(如旋翼桨叶的部件)的表面上来实现。
在至少一个方面中，对诸如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件等翼型和/或翼型部件进行电阻式加热的方法包括：向设置在翼型(如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件)上的本公开的材料的表面施加电压。将电压施加至本公开的材料的表面提供快速表面加热(例如，加热至约250°F)，其对于将翼型的一个或多个部件(如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件)充分除冰提供了降低的能量消耗。在至少一个方面中，旋翼桨叶内不存在加热器。而且，在至少一个方面中，本公开的材料设置在旋翼桨叶的翼梁上或上方的表面上，这与常规旋翼桨叶的加热器不同。该方面提供了对旋翼桨叶的部件的便利修理，而不涉及对旋翼桨叶进行大量解体以例如修理加热器。材料可以包含碳同素异形体材料、第一聚合物、第二聚合物和/或磺酸，如上所述。将电压施加至材料的表面至少部分地熔化设置在旋翼桨叶的表面上的固态水(冰)。该电压可以是约10赫兹～约2000赫兹的交流(AC)电压，如约500赫兹～约1000赫兹，例如500赫兹、600赫兹、700赫兹、800赫兹、900赫兹。该电压可以是约10伏特～约2000伏特之间的交流(AC)电压，如约50伏特～约500伏特，例如约50伏特、约100伏特、约200伏特、约300伏特、约400伏特、约500伏特。
本公开的材料可以通过任何合适的沉积方法(如流涂、滴落流延、浸渍、喷涂、刷涂、旋涂、辊涂、刮刀涂覆或其混合)沉积到基底(如旋翼桨叶/旋翼桨叶部件的表面)上。本公开的材料可以沉积到旋翼桨叶部件的一个或多个表面上，如旋翼桨叶部件的内表面(例如，内腔或外部侵蚀保护层的内表面和/或翼梁的外表面)和/或外表面。
聚合物合成、表征和特性测量
本公开的材料中的聚合物、碳同素异形体材料和磺酸可以经商业获得或者可以合成。商业可获得的聚合物包括：PANI、PEDOT:PSS、聚氨酯以及环氧树脂，并且可以从例如Heraeus或SigmaAldrich获得。本公开的聚合物可以通过混合多种单体形成混合物，然后施加热以使单体聚合来合成。可以将一种或多种聚合催化剂加入混合物中以促进所形成聚合物的增加的分子量(Mn和/或Mw)。“Mn”是数均分子量，“Mw”是重均分子量。商业可获的碳同素异形体材料包括碳纳米管片。在至少一个方面中，聚合物在任何合适的溶剂或溶剂混合物(例如，正丁醇、正己醇、乙醚或其混合物)中合成。
当本公开的材料由DNNSA作为磺酸制成时，例如，所生产的聚苯胺具有高分子量(例如，>22000)和中等电导率(10-5S/cm)，并且在多种溶剂中表现出高溶解度。在至少一个方面中，合成聚合物的材料的电导率可通过利用季铵盐或溶剂(如甲醇、丙酮、异丙醇、对甲苯磺酸、其盐及其混合物)处理/清洗而增强约五个数量级。在不受理论约束的情况下，由于除去过量磺酸、聚合物致密化以及所致的结晶度增加，电导率随着清洗而增加。
聚苯胺二壬基萘磺酸盐的实例制备。将十分之一摩尔的DNNSA(作为在2-丁氧基乙醇中的50重量％溶液)与0.06mol苯胺和200mL的水混合，从而与2-丁氧基乙醇形成乳白色乳液。将该乳液冷却至5℃，机械搅拌，并用氮气覆盖。将过二硫酸铵(0.074mol在40mL水中)用约1小时滴加至该混合物中。使反应进行约17小时，在此期间乳液分离成绿色的2-丁氧基乙醇相和无色水相。通过pH、OCP(开路电势，mV)和温度来监测合成进程。
有机相用100毫升每份水洗涤三次，留下深绿色的、高度浓缩的聚苯胺相在2-丁氧基乙醇中。该浓缩物可溶于二甲苯，由其可以流延成薄材料。向上述浓缩物的一部分中加入丙酮导致聚苯胺盐作为绿色粉末沉淀。在用丙酮彻底洗涤该粉末并干燥后，元素分析表明磺酸与苯胺的化学计量比为1:2。
该合成聚合物中PANI:DNNSA的摩尔比可以通过调节起始混合物中苯胺与DNNSA的摩尔比而不同。例如，可以利用DNNSA/苯胺摩尔比为1:1、1:2和1:5同时可以将过二硫酸盐/苯胺摩尔比保持恒定在1.23:1来制备PANI:DNNSA盐。DNNSA与苯胺的摩尔比为1.7提供31250的Mw(SEC/粘度)值。DNNSA与苯胺的摩尔比为0.5提供25300的Mw(SEC/粘度)值。DNNSA与苯胺的摩尔比低至0.2提供5690的Mw(SEC/粘度)值。
分子量测定。分子量分布平均值可以通过尺寸排阻色谱法(SEC)来确定。色谱图可以利用SEC系统获得，如150-CV型SEC/粘度计(SEC/VISC)系统(Waters ChromatographyInc.)和由590型泵、712型自动注射器、410型差示折射率检测器和TCH型柱加热器装配的多成分SEC系统(Waters Chromatography Inc.)。两种SEC系统可以在45℃下工作并且采用平均渗透率为和的一排两个styragel SEC柱(Waters Chromatography Inc.)。可以使用利用0.02M NH4HCO2(Fluka Chemical Co.)改性的UV级N-甲基吡咯烷酮(NMP)(Burdick&Jackson Co.)作为流动相和聚合物溶剂。可以采用0.5mL/min的流率设定。
SEC的校准可以利用分子量为1.1×106至2698的单分散聚苯乙烯标准品(ToyaSoda Inc.)进行。聚苯乙烯校准物的固有粘度可以利用SEC/粘度计检测器来测量。这些值在45℃下为NMP/0.02M NH4HCO2中的聚苯乙烯提供Mark-Houwink表达，以供根据通用校准来校准尺寸排阻色谱：
[η](dL/g)＝(1.947x10-4)M0.66
可以使用线性最小二乘法拟合来生成通用校准曲线或基于聚苯乙烯的分子量校准曲线。
聚苯胺的Mark-Houwink常数可以根据针对SEC/VISC色谱图的各个数据点计算的设定分子量分布平均值和固有粘度来确定。数据采集和换算可以由TRISEC软件(ViscotekCorp.)提供。报告的分子量分布平均值可以是两次测定的平均值。
去质子化聚苯胺盐的SEC/VISC色谱图通常是单众数的，并且观察到PANI及其磺酸成分的几乎基线分辨率。磺酸成分与聚苯胺峰分离，并且不包括在分子量计算中。在至少一个方面中，聚苯胺盐生成宽尺寸排阻色谱图，并且Mw/Mn(多分散性)>1.5。PANI-DNNSA(1:2)的Mark-Houwink(M-H)图为线性，并且R＝0.671且log K＝-3.146。
吸收。吸收测量可以在具有通用测量附件(UMA)的Cary 5000光谱仪上在空气中进行。溶液样本可以在1cm石英吸收池中在甲苯稀溶液中测量。取决于被研究的波长的宽度，采样率可以为1nm～2nm。在样本测量之前应当获取溶剂背景，稍后去除。干膜测量可以作为载玻片上的旋涂样本测量，由二甲苯或甲苯溶液以旋涂速率1000rpm进行30秒获得。应当测量在玻璃基片上产生的背景透射。样本应当取向为玻璃基片一侧朝向光入口，以使来自不均匀样本表面的光散射效应最小化。
电阻。可以利用任何合适的电极组和测量装置(如Keithley 4200SCS)进行电阻测量。优选的是，利用范德堡方法进行电阻测量。四点法分别使用横跨样本表面的电流和电压的并联源和感测测量。电流和电压极性在各个接合点之间切换以测试双极性。样本几何形状应保持不变，并允许直接比较样本。为了解决电荷方向性方面的差异，在每一种可能的布置上旋转电流和电压测量，如表1和图1所示。图1显示了用于电阻测量的可能电极布置。
表1.用于电阻测量的可能电极布置
R 源I 感测V
RA 1-2 3-4
RB 2-3 4-1
RC 3-4 1-2
RD 4-1 3-2
范德堡电阻测量通过在平行布置的电极迫使电流穿过两个相邻电极并感测横跨样本的电压降来进行。
薄层电阻可以根据来自所测量材料的V与I之比来计算。在示出真正的各向同性电阻的样本的情况下，RA＝RB＝RC＝RD。在各向同性电阻的情况下，例如，其中RA＝RB，薄层电阻由两个测得电阻的平均值确定，如下面的方程1所示。对于具有各向异性电阻的样本(x方向和y方向表现出不同的电阻)，计算薄层电阻变得更加复杂，这将在下一段中阐述。对于其中RA≠RC和RB≠RD的所有样本，该测量无效。方程2示出了如果材料厚度d已知(通常电阻率以Ω·cm报告，因此包括使用以cm为单位的d)如何确定体电阻率ρ，这是从原范德堡定理得出的。接着，可以将体电阻率ρ用于计算电导率σ(S·cm-1)，其是成反比的(方程2)。
对于RA≠RB的情况，从范德堡方程得出电导率值变得更困难。在电导率不是各向同性的情况下，电导率变为具有x、y以及z维度的张量值。在非常薄的材料的情况下，可以通过取垂直电导率测量值的乘积的平方来获得准确的电导率值，如下面的方程3所示。如果所测量方向与电导率的张量轴对齐，那么该计算才是正确的。假定通过该技术测量的两个电阻中的较大者精确地沿着最低电导率张量，并且该电阻测量中的较小者精确地沿着最高电导率张量，如图2所示。图2例示了范德堡测量芯片的示例。如果电导率张量与电极/样本取向未对齐(如图2右侧所示)，则将测得不准确的电导率值。
对于图2的范德堡测量芯片，这些数字对应于测量的轴，并且σX符号(σA、σB和σC)表示电导率张量方向。样本轴和张量轴不匹配(如右侧上样本中)，导致不准确测量的电导率。具有Keithley 4200SCS的范德堡印刷电极为测量样本提供了合适的装置测试台。
为了控制测量湿度效应，可以使用一个小样本探针台来专门连接至Keithley4200SCS，以供在Dropsens预制电极上进行准确的范德堡测量。
电化学阻抗谱(EIS)。EIS使用可变频率交流电源来探测不同频率下样本阻抗的变化。阻抗(类似于电阻)是所施加交流电流与所测量电压变化之间的滞后。电路元件以频率相关的方式响应，其可以被用于鉴别被测量的涂层的特定特性。真正的欧姆电阻相同地响应于直流(DC)和交流(AC)电源，因此不显示频率相关的电阻响应。电容器(以及更复杂的电气元件)具有频率相关响应；在低频下，阻抗非常高，但在高频下，阻抗较低。在分析EIS数据时，预测模型(称为等效电路模型)由实际和近似的电气元件组成，以紧密地近似样本系统。然后将该模型的计算阻抗谱与测量谱进行比较。
可以测定材料的阻抗响应及其作为电容器和电阻器的组合响应。对于拟合优度，可以利用内置在谱图拟合软件中的Gamry获得该拟合。Gamry程序使用χ2拟合方程，方程4。
χ2＝Σ[(Zmeasreal-Zfitreal)2+(Zmeasimag-Zfitimag)2] 方程4
完美匹配的预测和测量的阻抗谱将导致χ2＝0。在至少一个方面中，χ2<10-4的值是可接受的“良好拟合”。在至少一个方面中，当比较两个不同的等效电路模型时，小于该值三分之一的差异被认为是不可区分的。
聚合物材料
本公开的材料可以通过将第一聚合物和/或第二聚合物沉积到设置在翼型和/或翼型部件(如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件)上的碳同素异形体材料上来形成。在至少一个方面中，碳同素异形体材料是碳素同素异形体材料片。材料还可以通过混合第一聚合物和第二聚合物形成第一材料来形成。第一材料可以沉积到设置在翼型和/或翼型部件(如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件)上的碳同素异形体材料上。第一材料可以沉积到翼型和/或翼型部件(如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件)上。材料还可以通过将第一聚合物沉积到设置在翼型和/或翼型部件(如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件)上的碳同素异形体材料上，以形成第一材料并将第二聚合物沉积到第一材料上以形成第二材料来形成。还可以将磺酸与第一聚合物、第二聚合物和/或碳同素异形体材料混合。本公开的材料包括已经固化和/或利用清洗剂(如异丙醇和/或对甲苯磺酸)清洗的材料。
本公开的材料可以通过任何合适的方法(如流涂、滴落流延、浸渍、喷涂、刷涂、旋涂、辊涂、刮刀涂覆或其混合)沉积到表面(如翼型和/或翼型部件(如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件)的表面)上。该材料可以在涂敷至翼型表面之前或之后固化。例如，可以将材料沉积到旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面上。在沉积后，可以将该材料在约70℃下加热约3至约4小时以固化该材料。可以使用较高的温度来加速固化过程。固化促进材料中一种或多种溶剂的蒸发，如二甲苯、甲苯和/或水。
微结构和材料厚度。材料厚度可以利用白光干涉测量法根据切割台阶高度来测量。可以利用任何合适的3D激光扫描共聚焦显微镜(如Keyence VK-X)来观察材料表面微结构。
实施例1：设置在旋翼桨叶上的PANI:DNNSA：将二甲苯中的聚苯胺DNNSA涂到旋翼桨叶的外表面上，并利用热枪进行干燥。利用异丙醇清洗所涂覆表面以促进膜的增加的导电性。在涂层的相对边缘处施加银墨以供电连接。将铜带施加至银触点以利用鳄鱼夹来提供对AC电源的连接。横跨该膜的电阻最初在340欧姆处测得，然而在施加100V AC之后，电阻跃升至10K欧姆。测量值如表2所示。
表2 PANI-DNNSA
调压变压器设定 电压，AC(60Hz) 电流(mA) 功率(W)
10 15.11 0.93 .014
20 29.67 2.05 .061
30 44 3.24 .143
40 57.6 4.55 .26
50 72 5.96 .429
60 86.4 7.73 .668
70 100.8 11.32 1.14
实施例2：设置在旋翼桨叶上的PEDOT:PSS：将PEDOT:PSS配方的七个涂层刷涂至旋翼桨叶的外部，并利用热枪在涂层间进行干燥。在涂层的相对边缘处施加银墨以供电连接，并且将铜带用作银的触点，以供电连接。横跨该膜的电阻最初在23.5欧姆处测得。测量值如表3所示。
表3 PEDOT:PSS
调压变压器设定 电压，AC(60Hz) 电流(A) 功率(W)
10 15.11 .22 3.32
20 29.67 .47 13.94
30 44 .48 21.12
40 57.6 .60 34.56
30 44 .41 18.04
20 29.67 .26 7.71
10 15.11 .13 1.96
30 44 .41 18.04
从银触点去除铜带，并利用鳄鱼夹形成与电源的直接连接。测量值如表4所示(并且与利用热电偶测量的该膜温度一起获得)。
表4直接连到银触点的PEDOT
实施例3：PANI:DNNSA+碳纳米管片：碳纳米管片获自General Nano Corp.，产品IDGN-N8-LD10。如上所述合成聚苯胺二壬基萘磺酸(PANI-DNNSA)。银墨(AG530)获自Conductive Compounds Corp.并且用于电连接。8663HS聚氨酯保护带获自3M公司。
电阻测量：利用微量移液管，用0.5ml PANI-DNNSA溶液涂覆2.5cm×2.5cm正方形的碳纳米管片，以小心地覆盖该区域。聚合物溶液提供均匀的涂层。将银墨施加到该片的相对两端，以供电连接。将涂布的片材在空气中在对流烘箱中60℃下干燥。利用Keithley4200-SCS系统产生的电流-电压曲线计算该片材的电阻。
电加热：将21cm×7.5cm的碳纳米管片放置在1mm厚的玻璃纤维面板的顶部上。将PANI-DNNSA滴落流延在CNT片上，并将银墨施加至片材的相对两端。将该面板在90℃下风干。然后将聚氨酯带作为保护层施加至涂布的面板。利用自动开关定时器(422ARR100S0X，Automatic Timing and Controls Co.)按选定间隔向面板施加电力。60Hz的调压变压器电源利用定时器周期变化为30s接通和60s断开。利用HP 34401A万用表同时测量施加的电压和所测量的电流。安装风扇直接将空气吹到面板上以防止其过热。
图4例示了根据本公开的一些方面的碳纳米管材料的电流对电压曲线。如图4所示，图400示出单独碳纳米管片(线402)、PANI-DNNSA涂覆的碳纳米管片(线404)和利用IPA洗涤的PANI-DNNSA涂覆的碳纳米管片(线406)的电流对电压曲线。结果显示，与单独碳纳米管片(9.9欧姆/□)(线406)相比，由涂覆有PANI-DNNSA(5.6欧姆/□)的碳纳米管片制成的材料具有线性欧姆响应和显著的(例如，2倍)电导率增加/电阻率降低(线404)。如上所述制备的21cm×7.5cm面板(线404)具有13.8欧姆的电阻。当将27.8伏特AC的电压施加至该面板时，所流入电流为2.18A或60.6瓦功率(0.38W/cm2或2.7W/in2)。另外，与未洗涤的PANI-碳纳米管(5.6欧姆/□)(线408)相比，利用IPA洗涤材料提供了进一步的电导率增加/电阻率降低(4.9欧姆/□)(线406)。在聚碳酸酯基底上制备第二个2.5cm×2.5cm的PANI-DNNSA碳纳米管样本。测得5欧姆/□的电阻，显示出该方法的再现性。总的来说，PANI-DNNSA已经被掺入到碳纳米管片中，产生相对于单独的PANI-DNNSA或碳纳米管片具有改进电气和机械特性的导电和柔性体系。证明了包含PANI-DNNSA-碳纳米管片的材料产生2.7W/in2，其在30秒钟内实现了约51℃～约62℃的温度。而且，用水洗涤PANI-DNNSA-碳纳米管片材不会从材料中使DNNSA脱杂。实际上，对潮湿条件的敏感性阻碍了现有已知材料作为用于载具应用的静电消散材料的的商业可行性。
这些材料可以设置在诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等翼型上。
比较例：PANI-碳纳米管-HCl：在存在碳纳米管片的情况下，通过使用过硫酸铵作为氧化剂在酸性溶液浴(1M HCl)中原位聚合苯胺来制备PANI-碳纳米管-HCl。该片材与苯胺的重量比为1:5，并且苯胺单体与氧化剂的摩尔比为1:1。发现单独CNT的DC电导率为342+/-37S/cm，而PANI-碳纳米管片-HCl提供621+/-10S/cm的电导率。用水清洗材料显著改变材料的电气特性，进一步阻碍了这种材料的商业可行性。而且，HCl在旋翼桨叶之间的表面通常经历的某些固化温度和某些温度下是挥发性的，这也显著改变了材料的电气特性，进一步阻碍了这种材料的商业可行性。
实施例4：PANI:DNNSA+聚氨酯：本公开的材料包括设置在碳同素异形体材料上和/或其中的任何合适的导电聚合物。实施例4的材料如表5所示。部分A是具有两个以上羟基的多元醇。部分B是含有两个以上异氰酸酯基团的异氰酸酯。部分C是利用二甲苯和/或甲苯稀释至约8％的固体百分比的PANI/DNNSA。
表5
实施例4的混合程序：PANI:DNNSA浓缩物在二甲苯或甲苯中稀释至约8％的固体百分比，以形成部分C。部分C与部分A充分混合，以制备基本上不含聚集体或颗粒的均匀溶液，以形成部分A/部分C混合物。然后将部分B加入部分A/部分C混合物并充分混合。尽管实施例4的PANI:DNNSA浓缩物在二甲苯或甲苯中稀释至约8％的固体百分比，但在至少一个方面中，聚合物在溶剂中存在为约0.1重量％～约30重量％的重量百分比，如约1重量％～约15重量％。异氰酸酯包括：芳基异氰酸酯、脂族异氰酸酯以及脂环族异氰酸酯。在至少一个方面中，异氰酸酯包括：甲苯二异氰酸酯(TDI)、亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)及其混合物。多元醇包括：芳基多元醇、脂族多元醇以及脂环族多元醇。在至少一个方面中，多元醇包括C1-C15多元醇。在至少一个方面中，部分A和部分B合成得到或从Aptek(例如，Aptek 2100)、Huntsman Corporation(例如，Huntsman 5750)、BASF、Bayer AG等商业上可获得。
该材料可以设置在旋翼桨叶部件的表面上。将该材料滴落流延到碳同素异形体材料上，以形成设置在诸如旋翼桨叶部件表面等基底表面上的第二种材料。作为补充或另选，可以通过流涂、浸涂、喷涂、刷涂、旋涂、辊涂、刮刀涂覆或其混合将材料设置在碳同素异形体材料上。在涂敷后，将材料在约70℃下加热约3至约4小时以固化该材料。在至少一个方面中，可以使用较高的温度来加速固化过程。
固化材料促进溶剂(甲苯、二甲苯等)的蒸发，并且通过溶剂留下的合适的空隙空间来控制聚合物的交联。
图5例示了PANI材料在可见光和近红外区域的吸收。线502示出了包含PANI:DNNSA:PTSA的材料的吸收，而线504示出了包含PANI:DNNSA的材料的吸收。如图5所示，在约500nm(线502和线504)处的尖峰对应于双极化子吸收，而来自约1000nm-2500nm的宽吸收产生自移动孔的红外吸收。PANI在约500nm处的尖峰归因于具有DNNSA抗衡离子的极化子。光谱的自由载流子部分(例如，移动到红外区域的S形部分)被称为自由载流子尾部，其与聚合物的导电性相关。较低的自由载流子尾部(或不存在自由载流子尾部)表示聚合物具有低(若有的话)导电性。如图5所示，包含PANI:DNNSA:PTSA的材料的自由载流子尾部(线502)低于没有PTSA的包含PANI:DNNSA的材料的自由载流子尾部(线504)。
掺杂PANI的材料(例如，线504)与溶液材料(在不存在掺杂PANI的情况下)的不同之处在于，在红外窗口中包含非常宽的光谱特征(例如，载流子尾部)。可见光区域中的双极化吸收特征源自其在溶液吸收中蓝移约0.45eV的相同结构实体。在不受理论约束的情况下，这种转移可能是由于链间相互作用，包括发色团偶极子在相邻聚合物链上的平行排列导致H样聚集(其可以通过发射光谱法确定)。
在至少一个方面中，这些材料设置在翼型部件和/或翼型表面上，如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面。
在至少一个方面中，这些材料设置在碳同素异形体材料(如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯及其组合)上和/或之中，以形成具有改进电气特性和机械特性的第二材料。该第二材料设置在诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等翼型部件和/或翼型表面上。
实施例5：丙烯酸酯聚合物中的PEDOT:PSS：PEDOT:PSS是可溶于极性溶剂(如水和DMSO)的聚合物体系。该溶解性提供了具有第二聚合物(如环氧化物和/或聚氨酯)的水溶性分散体。
实施例5的电阻开始接近500Ω/□，并且在保持非常薄的同时通过第三层下降到几乎100Ω/□。该材料提供了具有PEDOT:PSS的低加载的静电消散应用。可以增加PEDOT:PSS的浓度以进一步降低材料的电阻。在至少一个方面中，材料包含约0.1重量(wt)％～约50重量％的PEDOT:PSS，如约1重量％～约25重量％，如约1重量％～约10重量％，例如约5重量％。
图6例示了PEDOT:PSS材料的电阻与厚度的关系。如图6所示，PEDOT:PSS的电阻(线602)以深蓝色材料从低至约70Ω/□-80Ω/□开始，并且在增加厚度时以厚度约6μm的深蓝色材料降低至约20Ω/□。
在至少一个方面中，这些材料设置在翼型部件和/或翼型表面上，如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面。
在至少一个方面中，这些材料设置在碳同素异形体材料(如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯及其组合)上和/或之中，以形成具有改进电气特性和机械特性的第二材料。该第二材料设置在诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等翼型部件和/或翼型表面上。
清洗降低电阻
本公开的材料可以例如在沉积到表面上之后和固化之前或之后，利用一种或多种清洗剂进行清洗。清洗剂包括：异丙醇(IPA)、对甲苯磺酸、丙酮、甲醇、其盐及其混合物。在至少一个方面中，将材料涂覆到基底上并浸入含有一种或多种清洗剂的溶液中。在至少一个方面中，清洗包括在沉积在诸如旋翼桨叶部件或旋翼桨叶表面等基底上的材料的表面上喷洒清洗剂。在至少一个方面中，将清洗剂喷洒到材料的表面上约1秒钟～约10分钟，如约30秒钟～约2分钟。在至少一个方面中，清洗剂以约1mL～约25kL的量(如约100L～约1kL的量)喷洒到材料表面上。在至少一个方面中，具有较高电阻的材料可能适合于应用，因此可以不包括用清洗剂清洗。例如，未清洗的PANI:DNNSA或PANI:DNNSA:碳纳米管涂层的电阻对于特定用途可能是足够的，并且未清洗的PANI:DNNSA或PANI:DNNSA:碳纳米管涂层仍可以固化。
例如，IPA清洗除去一些过量的磺酸，如DNNSA。磺酸去除促进材料的聚合物链之间的增加的接触和材料的降低的电阻。利用清洗剂清洗进一步促进材料在多种溶剂中的溶解性。增加的溶解性有利于将材料沉积到基底上，因为与未清洗的材料相比，较少的溶剂可用于沉积。用于沉积的减少量的溶剂提供更快的固化时间和降低的生产成本。
EIS已用于帮助量化利用清洗剂清洗对PANI材料阻抗的影响。材料的电容性质随着额外的清洗(例如，浸渍)而降低，并且对于浸渍在IPA、然后PTSA/PTSAM溶液中的材料来说最低。利用清洗的包含掺入环氧材料的PANI:DNNSA和碳纳米管的材料显示出有希望作为导电材料。另外，PEDOT:PSS可以以甚至更低的加载(与通常的PANI:DNNSA相比)掺入来制造导电材料。
实施例6：利用IPA清洗的聚氨酯中的PANI:DNNSA 40重量％：图7A例示了聚氨酯中的PANI:DNNSA 40％的电阻与材料厚度的关系，而图7B例示了利用IPA清洗的聚氨酯中的PANI:DNNSA 40重量％的电阻与材料厚度的关系。如图7A所示，未利用IPA清洗的聚氨酯中的PANI:DNNSA 40％的材料的电阻(线702、704和706)在约3μm～约5μm的厚度下为MΩ/□。然而，如图7B所示，IPA清洗之后的材料的电阻(线708、710和712)基本上随着IPA洗涤而在约2μm～约5μm的厚度缩减至kΩ/□。如图7A和7B所示，材料的电阻(线702、704、706、708、710和712)还随着材料厚度的增加而减小。
在至少一个方面中，这些材料设置在翼型部件和/或翼型表面上，如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面。
在至少一个方面中，这些材料设置在碳同素异形体材料(如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯及其组合)上和/或之中，以形成具有改进电气特性和机械特性的第二材料。该第二材料设置在诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等翼型部件和/或翼型表面上。
实施例7：利用各种清洗剂清洗的PANI:DNNSA：图8例示了纯PANI:DNNSA材料的描绘为阻抗与频率的关系的阻抗谱Bode图。图8的数据由EIS测定。浸渍处理包括浸入所述清洗剂或二次掺杂剂处理各10秒钟。如图8所示，未清洗的PANI:DNNSA(线802)和利用对甲苯磺酸(PTSA)清洗的PANI:DNNSA(线804)来说，阻抗最高。与线802和804的材料相比，利用IPA清洗的PANI:DNNSA(线806)提供了具有降低的阻抗的材料。而且，与顺序地利用1％PTSA/PTSAM的丁氧基乙醇溶液清洗、风干然后利用IPA清洗的PANI:DNNSA(线810)以及线802、804和806的材料相比，顺序地利用IPA清洗、风干然后用1％PTSA/PTSAM的丁氧基乙醇溶液清洗的PANI:DNNSA(线808)提供了更低的阻抗。
如图8所示，对于PANI:DNNSA材料测得的高阻抗(y轴以欧姆为单位)类似于高DC电阻率。对于各材料开始原样的未清洗样本(线802)，阻抗随着频率增加而大幅下降，这是漏电电容器模型的特性(由高结晶区域之间的高R区域限制的涓流通过电流)。
材料阻抗从充当电阻器和漏电电容器到纯电阻体系的变化与观察到浸渍正在产生更多互连的聚合物体系(而不是孤立的PANI晶体岛)并因此产生对PANI的区域之间的电子转移的更低电阻一致，如图8所示。PANI的高导电区域之间的收缩距离因此降低了针对EIS数据拟合的Rp值。这通过考虑伴随二次浸渍(例如，IPA然后接PTSA)发生的材料收缩(厚度)而进一步受到支持。
未包括在图8中的一个样本是浸渍在DNNSA的IPA溶液中的材料的样本，其测量到非常低且平坦的阻抗。这将使材料非常导电，并且纯粹响应为无CPE特性的导体。虽然该材料比其未浸渍的前体更导电，但其如EIS所揭示的并不会实质上更好。
图9是例示在叉指式电极上流延并利用清洗剂处理的PANI:DNNSA材料的相对电导率的柱状图。如图9所示，与利用IPA清洗的DNNSA(柱806)、利用PTSA清洗的PANI:DNNSA(柱804)、利用IPA然后PTSA清洗的PANI:DNNSA(柱808)、利用PTSA然后IPA清洗的PANI:DNNSA(柱710)、利用DNNSA和IPA的混合物清洗的PANI(柱902)以及百里酚清洗(柱904)相比，未清洗的PANI:DNNSA(柱802)具有低电导率。
在至少一个方面中，这些材料设置在翼型部件和/或翼型表面上，如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面。
在至少一个方面中，这些材料设置在碳同素异形体材料(如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯及其组合)上和/或之中，以形成具有改进电气特性和机械特性的第二材料。该第二材料设置在诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等翼型部件和/或翼型表面上。
总的来说，本公开的材料的阻抗和电导率通过将清洗剂施加至材料的表面来调节至希望的阻抗和导电性。
比较例：PANIPOL和PANIPLAST。PANIPOL是十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的高导电性聚合物(在材料清洗之前，不同于PANI:DNNSA)，其微溶于甲苯，并且可以用于聚氨酯涂料。包含PANIPOL的材料可以由该聚合物在甲苯和二甲苯中的分散体形成。这些分散体的薄层电阻分别为12.8Ω和16.2Ω。该聚合物仅微溶于多种溶剂，如二甲苯和甲苯，并因此将粗糙的材料流延到基底上。该材料的粗糙度阻碍了PANIPOL材料的“适航性”，因为材料更易于破裂，从而使下面层/基底易受化学和紫外线损伤。图10例示了由甲苯流延的PANIPOL材料的电阻(以千欧姆计)与退火温度的关系。如图10所示，退火温度的升高会增加PANIPOL材料的电阻(数据点显示为实心菱形)。
PANIPOL的合成可以包括分离PANI:DBSA的不溶性绝缘粉末。另选的是，PANIPOL的合成可以包括不从溶液中粉碎聚合物，而是由对二甲苯流延溶解的聚合物。通常这些材料测得数kΩ至数百kΩ的薄层电阻。
在2-丁氧基乙醇中进行的一次合成中，类似于上述的PANI:DNNSA合成，聚合物由溶液完全干燥(而不是从二甲苯溶液中粉碎)。然而，发现这些固体不溶于多种溶剂。尽管如此，在重悬于大量二甲苯中并通过过滤离析之后，该材料呈现出类似于商业可获的PANIPOL并分配为测得14Ω的材料。
合成的PANIPOL可能比商业可获的PANIPOL导电性差，因为从水溶液中粉碎聚合物除去了关键量的抗衡离子BDSA。围绕产生聚苯胺基质然后用DBSA进行重新掺杂，设计了一个另选合成。该合成产生足够导电的聚合物糊料。这些材料的电导率值如表6所示。
表6.PANI-b至PANI:DBSA样本的电导率值
样本 σ(Scm-1)
1 6.729
2 5.754
甲苯中的3 3.672
商业可获的PANIPOL微溶于甲苯，并且可以通过悬浮在甲苯中并倾析出溶解的聚合物来离析。将该溶液稀释并与如上所述新合成的PANI:DBSA的非常稀且经过滤的溶液的吸收进行比较。PANIPOL在比新合成的PANI:DBSA更高的能量吸收。对于新合成的PANI:DBSA，吸收峰也较宽，表明了掺杂剂的损失。单掺杂的极化子态引入了在Ω1eV的较低的能量吸收，以及至CB-Ω1态的光学上允许的跃迁，而双掺杂双极化子具有在Ω1'处的略高的能量吸收。由此，当考虑吸收时，可能的是PANI:DBSA填充中拓宽至较低能量跃迁是一些双极化子跃迁到单极化子的转换(脱杂)。这意味着材料正在损失DBSA，而这可能是电导率差异的原因。
进行清洗PANI:DBSA材料的尝试，但只观察到适度的电导率增加，如表7所示。水中的材料处理确实显示出明显的变化，这再次可能归因于去除可溶于水的DBSA。
表7.PANI:DBSA材料的材料处理和电阻变化。应注意到，浸水样本是在另外的高电阻材料上。
处理 PTSA PTSA/PTSAM MeOH H2O
电导率增加 2.3x 1.5x 0.3x 100x
类似于PANIPOL，PANIPLAST是聚苯胺和多胺/酰胺掺杂剂的材料。PANIPLAST在乙二醇、二甲苯、水以及甲醇中也具有有限的溶解性。PANIPLAST是一种难以过滤通过0.25微米过滤器的分散体。像PANIPLAST这样的涂层是导电的，但需要刷涂至表面。将来自6.4克水中的7.7克分散体的涂料涂敷至4"×6"面板并在70℃下干燥。PANIPLAST产生约1kOhm～约2.2kOhm的电阻。
总的来说，沉积的PANIPOL和PANIPLAST材料的粗糙度阻碍了这些材料的“适航性”，因为这些材料更易于破裂，从而使下面层/基底易受化学和紫外线损伤。而且，清洗PANIPOL材料仅适度地降低材料的电阻，而未增加材料的密度。
实施例8：环氧树脂中的聚苯胺。常规的表面涂层缺乏与下面的表面和/或与表面涂层的其它成分混合的聚合物的相容性。例如，环氧树脂具有许多理想的物理特性，但仍然与大量的亲核化合物(如苯胺，如PANI)可反应。不希望的反应性导致副产物的沉淀和/或团聚。已经发现，反应性物质(如聚苯胺)在相容溶剂中的溶解会促进分散性，其降低与反应性表面和/或与该反应性物质混合的聚合物(如聚氨酯)的不希望的反应性。反应性物质的溶解促进形成相容的适航材料，其可以设置到旋翼桨叶部件的表面上，或者设置到设置在旋翼桨叶部件上的碳同素异形体材料上和/或之中。除了具有对于适航性所希望的物理特性之外，此方面还强调了与周围材料的表面涂层相容性。用于聚苯胺的合适溶剂包括：二甲苯、甲苯、苯及其混合物。用于PEDOT:PSS的合适溶剂包括极性质子溶剂，如水和DMSO。
例如，PANI:DNNSA掺入高温固化环氧树脂中。将溶液手动混合，然后置于1000rpm的Thinky混合器中10分钟。PANI:DNNSA可见地从环氧树脂溶液(非常低粘度的溶液)中粉碎。将溶液滴落流延到4-pt电极上，并且电极间距为2mm，长度为6mm，在空气中于120℃下干燥1小时。进行简单的两点电阻测量，并测量材料厚度以计算材料电阻率。图11例示了环氧树脂涂层中的PANI:DNNSA的电阻率与处于环氧树脂中并且利用各种清洗剂处理的％PANI的关系。如图11所示，PANI:DNNSA:环氧材料的电阻率从流延原样材料(实心圆)至IPA浸渍材料(空心圆)、IPA浸渍材料接PTSA浸渍(实心方块)以及IPA清洗接第二次IPA清洗(空心方块)降低。
在二次处理之前，PANI:DNNSA:环氧树脂材料不显示明显的聚合物加载与电导率有关的趋势。即使在没有二次处理的约20％的PANI:DNNSA加载下，对于一些静电消散涂层，电导率也可能落入足够的电导率阈值。将材料浸入IPA后，该材料提供了随着增加PANI:DNNSA加载而增加导电性的趋势。
而且，对于在PTSA浸渍后不含PANI的环氧树脂涂层，获得了可测量的电导率，其可能是由于离子导电性，与电气导电性相反。
PANI:DNNSA可能在固化的环氧树脂涂层中可移动。材料处理，例如浸渍，提供了增加的材料导电性。在不受理论约束的情况下，PANI:DNNSA:环氧涂层的增加的电导率可能是由于去除过量的苯胺、磺酸和/或清洗剂引起的对沉积材料微结构的改变。
调和聚苯胺与环氧树脂的反应性的另选方法包括缓慢添加至环氧树脂表面、然后在达到最终固化温度之前缓慢增加固化温度。PANI:DNNSA与环氧树脂之间的总体反应性可以通过峰值固化温度和/或固化时间进一步控制。
这些材料设置在翼型部件和/或翼型表面(如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面)上。
这些材料设置在碳同素异形体材料(如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯及其组合)上和/或之中，以形成具有改进电气特性和机械特性的第二材料。该第二材料设置在诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等翼型部件和/或翼型表面上。
实施例9：热塑性塑料：Butvar B90中的PANI:DNVA和Butvar B90中的PEDOT:PSS：Butvar B90是如下所示的含有聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯醇以及聚乙酸乙烯酯的三嵌段聚合物，其中，x、y和z各自为正整数。
Butvar B90可以用作热塑性涂层中的基础树脂，以及与热固性材料组合制备热固性树脂。在实施例9中，PVB与PEDOT:PSS和PANI:DNNSA组合，并且测量表面电阻(Ω/□)和铅笔硬度。几个样本还包括添加与Butvar B90的醇基反应的反应性环氧树脂成分(例如，EPON1007-CT-55：二缩水甘油醚双酚A)，这增加了涂层的强度。
PVB的溶液通过将10重量％PVB溶解在40/60甲醇/甲苯的预制溶液中制备。将特氟隆涂覆的金属搅拌棒加入到平底罐中，并置于环境温度下搅拌1-3小时直到溶解。
通过将PVB溶液加入烧瓶中，然后加入任何EPON或H3PO4、在Thinky混合器中或通过涡旋器混合并使其静置30分钟来制备样本。加入特定加载的PANI:DNNSA，将样本涡旋混合。然后通过用小漆刷将涂料涂到载玻片上来制备样本。
初始配方开始于PEDOT:PSS(这些都是非常高电阻的涂层)，但将PANI:DNNSA以20重量％加入B90/EPON/表面活性剂混合物中，测得3.3MΩ的电阻。在后续研究中，测试了另外的材料。所测试的材料如下表8所示。
表8.PVB，PANI:DNNSA
a＝铅笔硬度：字母标度已变为数字标度(0-14)。铅笔硬度结果落入太软而不能在标度上测量(即‘0’)，或者‘3’。
由此，本公开的材料的硬度可以通过在一种或多种材料中包含聚乙烯醇缩丁醛来调节，至少部分地因材料的增加的硬度而进一步改进诸如表面涂层等材料的“适航性”。在至少一个方面中，本公开的材料包含约25重量％的PANI:DNNSA和约75重量％的聚乙烯醇缩丁醛，如Butvar B90。在至少一个方面中，本公开的材料包含处于聚乙烯醇缩丁醛中的约6％的PANI:DNNSA，没有EPON或磷酸。
这些材料设置在翼型部件和/或翼型表面上，如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面。
这些材料设置在碳同素异形体材料(如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯及其组合)上和/或之中，以形成具有改进电气特性和机械特性的第二材料。该第二材料设置在诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等翼型部件和/或翼型表面上。
实施例10：溶胶-凝胶中的聚乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)：PEDOT是具有高固有电导率的导电聚合物。其可以用作有机光伏电池中的电子选择性传输材料，并且可以用于涂层中以供静电消散。对于实施例10来说，商业可获的PEDOT:PSS被掺入用于例如Alclad表面的Boegel，即含缩水甘油基-Si-Zr的溶胶凝胶粘附促进预处理。
将PEDOT:PSS加入并在涡旋混合器上混合至新合并制备的溶胶凝胶溶液中。在一些较高加载的PEDOT:PSS中，溶胶凝胶快速凝胶化，表明溶胶凝胶的环氧部分与导电聚合物之间的反应。
图12例示了按材料中的PEDOT:PSS的不同量的PEDOT:PSS材料的电阻率。如图12所示，随着PEDOT:PSS的量增加，环氧类材料的电阻率(实心圆)急剧下降。溶胶-凝胶类材料(Boegel)的电阻率也随着增加的PEDOT:PSS含量而降低(空心圆)，但与环氧类材料相比，其下降不如那样急剧。
该数据中有几个可观察的趋势：(1)PEDOT:PSS加载的环氧树脂在低得多的加载阈值下显示出可测量电导率(证实低于16％的IPN)。(2)纯PEDOT具有接近100S/cm的电导率。(3)PEDOT:PSS配方不需要二次处理(如IPA清洗)，并且也显示出低得多的加载阈值，以供制造导电涂层。
这些材料设置在翼型部件和/或翼型表面上，如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面。
这些材料设置在碳同素异形体材料(如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯及其组合)上和/或之中，以形成具有改进电气特性和机械特性的第二材料。该第二材料设置在诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等翼型部件和/或翼型表面上。
环氧树脂中的表面活性剂和PEDOT:PSS：使用高温固化环氧树脂来测试几种商业分散剂分散PEDOT:PSS的功效。在含有Lubrizol SolplusR700分散剂的环氧树脂中的加载水平为0.1％至2.0％的PEDOT:PSS样本与不含分散剂的样本之间的比较。所有样本中的PEDOT:PSS被观察到相分离，但是含有Solplus的样本显示出颗粒聚集的显著降低。含有Solplus R700的样本的电阻更低，特别是在低加载水平下。
在单一PEDOT:PSS加载水平(1.0％)下分散剂之间的比较：被比较的分散剂都来自Lubrizol Solplus，R700、R710以及DP700。如上所述制备样本(实施例8)。具有R700和R710的样本显示出最好的PEDOT:PSS分散(目视)，而R710具有最低的电阻(6.73MΩ/□)。对于水性PEDOT:PSS溶液，R710足以将聚合物分散在有机相涂层树脂中。
还研究了作为流延原样材料的提供较高电导率的聚合物共混物：具有环氧树脂的PANI:DNNSA-PTSA。这些样本以0.02-0.2％的加载水平制备，并且没有可测量的电阻。
这些材料设置在翼型部件和/或翼型表面上，如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面。
这些材料设置在碳同素异形体材料(如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯及其组合)上和/或之中，以形成具有改进电气特性和机械特性的第二材料。该第二材料设置在诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等翼型部件和/或翼型表面上。
多层堆叠
本公开的方面包括作为多层沉积到基底上以形成多层堆叠的材料。在至少一个方面中，与相同材料和厚度的单层相比，多层堆叠提供较低的整体电阻。多层堆叠还可以提供例如旋翼桨叶部件的整个涂层/表面的增加的强度。
多层堆叠可以包括一个或多个聚合物层，每层独立选自PANI:DNNSA、PEDOT:PSS、聚氨酯、丙烯酸酯、聚乙烯醇缩丁醛及其混合物。所述一个或多个层包含磺酸，如DNNSA。所述一个或多个层包含碳同素异形体材料，如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯及其组合。
多层堆叠还可以提供用作加热层(例如，除冰应用)的一个或多个导电层，如下更详细说明的。在至少一个方面中，多层堆叠包括设置在导电层上的外保护层。如本文所使用的，术语“外”层包括没有其他层沉积到外层上的层，该外层是直接暴露于环境的层。
实施例11：多层堆叠：实施例11是4层的多层堆叠，其中，每层都是在沉积每层之后用IPA清洗的PANI:DNNSA。每次沉积和清洗之后的多层堆叠的厚度和表面电阻值如下表9所示。利用IPA处理的样本实现了低于100Ω/□的电阻。
表9：用于纯净和IPA处理的PANI/DNNSA的平均电阻和厚度测量。
在至少一个方面中，所述一个或多个层包括碳同素异形体材料，如碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯，及其组合。在至少一个方面中，多层堆叠设置在诸如旋翼桨叶表面和/或旋翼桨叶部件的翼型部件和/或翼型表面上。
材料应用
本公开的材料的应用的非限制性实例包括作为热塑性塑料和/或作为预浸材料的成分的应用。对于预浸材料，本公开的材料可以设置在由石墨、玻璃纤维、尼龙、及相关材料(例如，其它芳族聚酰胺聚合物)、聚乙烯等组成的纤维材料上和/或之中。预浸材料可以设置在旋翼桨叶部件上。
本公开的材料可以沉积到碳同素异形体材料上，以形成沉积在诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等基底表面上的第二材料。而且，流涂、喷涂以及旋涂工艺提供了针对复杂桨叶尖端形状的材料应用，这是使用通常的加热器所缺乏的。
沉积包括但不限于，流涂、浸渍、喷涂、刷涂、旋涂、辊涂、刮刀涂覆及其混合。按一定厚度范围，如约0.1μm～约20mm，如约1μm～约10μm，如约1μm～约8μm，如约2μm～约6μm，沉积本公开的材料以在基底上形成层，如旋翼桨叶部件表面和/或旋翼桨叶表面上的层。材料厚度用于调节沉积材料的电导率和电阻。还可以利用材料厚度来进一步调节材料和所得涂覆基底的“适航性”特性(如雨水侵蚀和对沙粒和冰雹损伤的抗性)。
在将材料沉积到基底上之后，使该材料在任何合适的温度下固化，例如蒸发溶剂。可以利用任何合适的固化装置执行固化。对于固化，可以将材料的温度逐渐升高至峰值固化温度，在此该峰值固化温度保持恒定一段时间。峰值固化温度可以为约室温～约200℃，如约70℃～约150℃。材料可以固化约1秒钟～约48小时的时间，如约1分钟～约10小时。
喷涂以将材料沉积在翼型部件和/或翼型表面上：将一种或多种聚合物和/或碳同素异形体材料与合适的溶剂(例如，二甲苯、甲苯、水等)混合，并喷洒在诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等翼型上，直到达到足够的层厚以获得所需表面电阻为止。然后可以在室温(或更高)蒸发溶剂，从而在旋翼桨叶部件表面和/或旋翼桨叶表面上形成固化的材料层。
旋涂以将材料沉积到翼型部件和/或翼型表面上：材料厚度用于通过例如以不同的卡盘旋转将PANI:DNNSA片旋涂到诸如翼型(如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面)等基底上来精细调节沉积材料的电导率和电阻。图13例示了旋转速率与材料厚度的关系。如图13所示，未处理的材料(实心圆)高度依赖于流延旋转速率。有趣的是，最终材料厚度的差异在材料处理过(浸入清洗剂中)之后减小(空心圆)。在至少一个方面中，本公开的材料通过以约100转/分钟(rpm)～约4000rpm(如约1000rpm～约3000rpm)的旋转速率进行旋涂来沉积。在至少一个方面中，材料由碳同素异形体材料制成。
图14例示了沉积到基底上的PANI:DNNSA膜原样的电导率与厚度的关系。再次测量电导率作为针对测量尺寸调节的方块电阻。如图14所示，电导率具有随着沉积材料厚度增加而增加的线性趋势(数据点显示为实心菱形)。而且，还观察到清洗剂处理(例如，IPA清洗)的样本的电导率与厚度之间无相关性(图14中未示出)。在至少一个方面中，材料由碳同素异形体材料制成。在至少一个方面中，这些材料通过旋涂而沉积到碳同素异形体材料上。
除冰：在将本公开的一种或多种材料沉积到诸如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面等翼型部件和/或翼型表面上，并固化和装配诸如旋翼桨叶部件等后续/其他的翼型部件(若有的话)以形成翼型之后，如果例如恶劣天气条件导致冰在一个或多个翼型部件上积聚，那么可以对该翼型“除冰”。因为本公开的材料是导电的，所以向包含该材料的表面(或该材料附近的表面)施加电压将导致诸如旋翼桨叶等翼型的外表面的温度升高，并且熔化积聚在外表面上的一部分冰。在至少一个方面中，导电材料层是电极。作为补充或另选的是，将电极连接至该导电材料层。在至少一个方面中，将电压施加至诸如旋翼桨叶等翼型部件表面和/或翼型表面，该表面包含本公开的一种或多种材料。施加至翼型表面的电压使该表面上积聚的冰完全熔化。在至少一个方面中，将电压施加至诸如旋翼桨叶等翼型的表面上，该翼型包含本公开的一种或多种材料，以提供在所述表面上的积冰的部分熔化，使得部分熔化的积冰从该翼型滑落。
在至少一个方面中，除冰包括使任何合适的AC/DC电压发生器与翼型部件表面和/或翼型表面(如旋翼桨叶部件和/或旋翼桨叶表面)接触，该翼型包含本公开的一种或多种材料以向所述一种或多种材料提供电压。使AC电压发生器与例如包含本公开的一种或多种材料(作为电阻器)的翼型的表面接触提供至少所述表面的电阻加热，并且可以提供翼型部件的一层或多层的电阻加热。在至少一个方面中，除冰包括通过飞行器的发电部件向包含本公开的一种或多种材料的诸如旋翼桨叶等翼型的表面提供电压。例如，将诸如旋翼飞行器发动机等飞机发动机切换到主动模式，由该发动机提供的AC电力被传送至翼型的表面，其将飞行器的翼型部件/表面中的一个或多个表面除冰。这些方面提供飞行器的内在除冰，而不需要将外部电压发生器应用于翼型部件/表面。
在至少一个方面中，方法包括：以约10赫兹～约2000赫兹，如约200赫兹～约600赫兹，例如约400赫兹，向表面提供AC电压。在至少一个方面中，方法包括：以10伏～约2000伏特，如约100伏特～约400伏特，例如约200伏特，向表面提供AC电压。方法包括：利用一个或多个变压器调节AC电压。方法包括：利用一个或多个整流器将AC电压调整为DC电压。方法包括：利用一个或多个振荡器将DC电压调整成AC电压。
天线罩和其它静电消散：在飞行器上，在飞行器的机头后面存在雷达。机头经常建立称为沉积静电(P-static)的静电形式，这导致除了导致对飞行器外表面上的涂层的损伤的刷形放电事件之外对雷达的静电干扰。对雷达的静电干扰导致飞行器与地面上的控制塔之间的通信干扰以及对检测天空中其它飞机的干扰。P-static进一步导致对飞行器的其它部件(如包含天线的部件)的静电干扰。而且，静电荷通常建立在飞行器的燃料箱的内部，其可能影响燃料箱功能。
例如，如果该飞行器是战斗机，那么战斗机的座舱罩常常会建立静电，这导致雷达和天线的静电干扰。
在将本公开的一种或多种材料沉积到翼型部件/表面上(和可选的固化)之后，所述一种或多种材料以静电方式消散静电(例如，在旋翼桨叶和/或其它飞行器部件上)，如积聚在飞行器上一定位置(如飞行器机头)处的P-static。静电的静电消散提供了降低或消除的对飞行器雷达的静电干扰，以及减少或消除的刷形放电事件，从而减少或消除对飞行器外表面上的涂层的损伤。本公开的材料进一步提供减少或消除的对飞行器的其它部件(如包含天线的部件)的静电干扰。
适航性：除了无法消散电荷积聚和表面除冰之外，常规涂层其它方面也不“适航”。例如，关于耐久性参数的性能(如雨水侵蚀、紫外线耐性、高温耐性、低温耐性以及沙和冰雹损伤耐性)对于这种旋翼桨叶表面上的常规表面涂层来说不足。本公开的材料是“适航的”并且改进了适航性的一个或多个参数(与常规涂层相比)，如雨水侵蚀、紫外线耐性、高温耐性、低温耐性、沙和冰雹损伤耐性、改进的柔性以及改进的能见度。
总的来说，本公开的材料提供具有低电阻/高电导率的薄材料层，提供适于用作翼型(如旋翼桨叶)的除冰材料的材料。这些强力的材料使例如旋翼桨叶内的加热器的位置更靠近旋翼桨叶外表面。在至少一个方面中，旋翼桨叶中不存在加热器。随着加热器与外表面之间的距离减小，加热器的功率需求也下降。减少的功率需求提供了旋翼桨叶的部件和材料的增加的疲劳寿命。实际上，在至少一个方面中，通过将加热器从层积体中的通常位置移动至表面，局部功率缩减可以降低高达约40％。这可以显著降低翼梁层积体的温度，提供针对翼型可选的固化(例如，在高温下，如350°F)，从而改进诸如旋翼桨叶等翼型的制造和弹道容限。除了减少电力需求外，本公开的材料的位置比通常的加热器更靠近桨叶中的外模线实现了易于修理/维护该材料。可以去除侵蚀保护层，以暴露材料。材料的化学性质允许将新材料设置(涂漆/喷涂)到例如翼梁上，从而恢复除冰功能。
本公开的材料进一步提供了对于所需热分布定制的电导率。本公开的材料还提供了对接合的耐用涂层/材料(如耐磨材料层)的去除和替换。而且，设置在翼梁上的常规材料例如是数千分之一英寸厚，这可能妨碍材料对例如侵蚀保护层的粘合性。在至少一个方面中，本公开的材料比设置在翼梁上或翼梁中的常规材料更薄，并且不必位于桨叶翼梁下方，与传统的除冰加热器不同。
此外，如果将常规涂料与其他的化学品混合以改善涂料的一种或多种希望的物理特性(如电导率)，则该涂料通常与该其他化学品不相容，否定了添加至该涂料的该其他化学品的希望的物理特性。常规涂料通常还与下层表面/涂料不相容，从而导致涂料-涂料界面处的粘合劣化。除了前述应用和益处外，本公开的材料和方法还提供了静电消散适航材料的受控形成。
本公开的材料和方法提供低电阻材料(在各种清洗剂中清洗)，至少部分地由于去除过量的磺酸和材料的致密化而增加了电渗流。与利用DNNSA的结果相反，在材料流延之前去除过量的DBSA导致高电阻材料。
PANI和PEDOT:PSS显示出可以配制成沉积到旋翼桨叶部件上的材料的导电聚合物的前景。包含PVB(聚乙烯醇缩丁醛)的本公开的材料坚固、易于使用、满足静电消散电阻，并且是通用的。
而且，与常规的离子类涂层相比，本公开的材料和方法提供了减少的表面活性剂随时间的浸出，部分是因为与常规的离子类涂层相比，在本公开的材料中表面活性剂的量得到减少。另外，本公开的磺酸从制剂中的浸出为比常规离子类涂层中的常规表面活性剂少得多的程度。
与已知材料相比，本公开的材料进一步提供了在潮湿环境中的可行性、高温下的可行性、改进的电气特性和机械特性(例如，改进的柔性)。
出于例示的目的，提供了对本公开的各个方面的描述，但并非旨在穷尽或限制到所公开的方面。在不脱离所述方面的范围的情况下，本领域普通技术人员会明白许多修改和变型。本文所使用的术语被选择用来例如最佳地说明这些方面的原理、相对于市场中找到的技术的实际应用或技术改进，或者使得本领域普通技术人员能够理解本文所公开的方面。
如本文所使用的，“碳同素异形体材料”包括能够具有两种以上不同三维分子构型(例如，如纳米管形、平面状或球形三维分子构型)的碳制成的材料。
如本文所使用的，“片材”包括具有大致平面分散的碳同素异形体材料。
如本文所使用的，术语“材料”包括但不限于，可以设置在诸如旋翼桨叶部件的表面等表面上的混合物、反应产物以及膜/层(如薄膜)。
如本文所使用的，“未取代的”包括在分子上的各位置处具有氢原子的分子，其否则适于具有取代基。
如本文所使用的，“取代的”包括具有与碳原子或氮原子结合的除氢以外的其它取代基的分子。
如本文所使用的，“层”包括至少部分地覆盖表面并具有一定厚度的材料。
其他方面根据下列条款加以描述：
条款1.一种复合翼型，该复合翼型包括：
包括第一表面的根部；
中间部，该中间部包括第一表面并且在第一端部与所述根部连接；
梢部，该梢部包括第一表面并且在第一端部与所述中间部的第二端部连接；以及
导电材料层，该导电材料层连接至所述根部的第一表面、所述中间部的第一表面或者所述梢部的第一表面中的至少一个，所述导电材料包含：
第一聚合物，
第二聚合物，以及
磺酸。
条款2.根据条款1所述的翼型，其中，所述导电材料层与所述中间部的第一表面相邻，并且所述中间部的第一表面是翼梁的表面；或者
其中，所述导电材料层是电极；或者
所述翼型还包括与所述材料层相邻的耐磨材料层。
条款3.根据条款2所述的翼型，其中，所述耐磨材料层包括镍、钛或其混合物。
条款4.根据条款1～3中的任一项所述的翼型，其中，所述磺酸包括：萘磺酸、蒽磺酸、芘磺酸或其混合物；或者
其中，第一聚合物包括：聚苯胺、聚(乙撑二氧噻吩)、聚(苯乙烯磺酸盐)及其混合物；或者
其中，第二聚合物包括：聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯、环氧树脂、含缩水甘油基-Si-Zr的溶胶凝胶、聚酯、苯氧基树脂、聚硫或其混合物；或者
其中，第二聚合物是聚氨酯或聚乙烯醇缩丁醛。
条款5.根据条款1～4中的任一项所述的翼型，其中，所述导电材料层具有约0.1μm～约10μm的厚度，和约1e+4Ω/□～约1e+8Ω/□的电阻率。
条款6.一种形成设置在复合翼型上的导电材料的方法，该方法包括：
将包含聚合物和磺酸的第一材料沉积到设置在翼型上的碳同素异形体材料上，以形成设置在该翼型上的第二材料；和
固化第二材料。
条款7.根据条款6所述的方法，所述方法还包括：
通过将碳同素异形体材料沉积到所述翼型上并固化所述碳同素异形体材料来形成所述碳同素异形体材料；或者
其中，所述碳同素异形体材料包括：碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯或其组合。
条款8.根据条款6或7所述的方法，所述方法还包括利用清洗剂清洗第二材料；或者
所述方法还包括将所述聚合物溶解在溶剂中，其中，所述溶剂包括：二甲苯、苯、甲苯、二甲基亚砜、水或其混合物。
条款9.根据条款8所述的方法，其中，所述清洗剂包括：异丙醇、对甲苯磺酸、丙酮、甲醇、其水合物、其溶剂化物或其混合物。
条款10.根据条款6～9中的任一项所述的方法，其中，第二材料被沉积至约0.1μm～约10μm的厚度；或者
其中，固化包括将所述材料的温度升高至约室温～约200℃的峰值固化温度；或者
其中，将第一材料沉积到所述翼型上包括：以约100rpm～约4000rpm的速率将第一材料旋涂到所述翼型的表面上。
条款12.一种复合翼型，该复合翼型包括：
根部，该根部包括第一表面；
中间部，该中间部包括第一表面并且在第一端部与所述根部连接；
梢部，该梢部包括第一表面并且在第一端部与所述中间部的第二端部连接；以及
导电材料层，该导电材料层与所述根部的第一表面、所述中间部的第一表面以及所述梢部的第一表面中的至少一个相邻，所述导电材料包含：
碳同素异形体材料；
导电聚合物；以及
磺酸。
条款13.根据条款12所述的翼型，其中，所述导电材料层与所述中间部的第一表面相邻，并且所述中间部的第一表面是翼梁的表面。
条款14.根据条款12或13所述的翼型，其中，所述导电材料是电极。
条款15.一种接合至根据条款12所述的导电材料层的电极。
条款16.根据条款12～15中的任一项所述的翼型，所述翼型还包括与所述材料层相邻的耐磨材料层。
条款17.根据条款16所述的翼型，其中，所述耐磨材料层包括镍、钛或其混合物。
条款18.根据条款12～17中的任一项所述的翼型，其中，所述碳同素异形体材料包括：多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、石墨烯、聚碳酸酯、富勒烯或其组合。
条款19.根据条款12～18中的任一项所述的翼型，其中，所述导电材料的Ω/□值比所述碳同素异形体材料的Ω/□值高约1.2x～约20x。
条款20.根据条款12～19中的任一项所述的翼型，其中，所述磺酸包括：萘磺酸、蒽磺酸、芘磺酸或其混合物。
条款21.根据条款12～20中的任一项所述的翼型，其中，所述聚合物包括：聚苯胺、聚(乙撑二氧噻吩)、聚(苯乙烯磺酸盐)或其混合物。
条款22.根据条款12所述的翼型，所述翼型还包括第二聚合物。
条款23.根据条款22所述的翼型，其中，第二聚合物包括：聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯、环氧树脂、含缩水甘油基-Si-Zr的溶胶凝胶、聚酯、苯氧基树脂、聚硫或其混合物。
条款24.根据条款23所述的翼型，其中，第二聚合物是聚氨酯或聚乙烯醇缩丁醛。
条款25.根据条款12～24中的任一项所述的翼型，其中，所述导电材料层具有约0.1μm～约10μm的厚度，和约1e+4Ω/□～约1e+8Ω/□的电阻率。
条款26.根据条款12～25中的任一项所述的翼型，其中，所述聚合物是聚(乙撑二氧噻吩)和聚(苯乙烯磺酸盐)的混合物，其中，所述混合物为所述导电材料层的约1重量％～约50重量％。
条款27.一种形成设置在复合翼型上的导电材料的方法，该方法包括：
混合第一聚合物和第二聚合物，以形成第一材料；
将第一材料沉积到翼型上；以及
固化第一材料。
条款28.根据条款27所述的方法，所述方法还包括利用清洗剂清洗第一材料。
条款29.根据条款28所述的方法，其中，所述清洗剂包括：异丙醇、对甲苯磺酸、丙酮、甲醇、其水合物、其溶剂化物或其混合物。
条款30.根据条款28或29所述的方法，其中，清洗包括将清洗剂喷洒到第一材料的表面上约1秒钟～约10分钟。
条款31.根据条款28～30中的任一项所述的方法，其中，所述清洗剂是对甲苯磺酸，并且是1重量％的对甲苯磺酸在丁氧基乙醇中的混合物。
条款32.根据条款28～31中的任一项所述的方法，所述方法还包括：在将第一聚合物与第二聚合物混合之前将第一聚合物溶解在溶剂中，其中，所述溶剂包括：二甲苯、苯、甲苯、二甲基亚砜、水或其混合物。
条款33.根据条款28～32中的任一项所述的方法，其中，第一材料被沉积至约0.1μm～约10μm的厚度。
条款34.根据条款28～33中的任一项所述的方法，其中，所述固化包括：将所述材料的温度升高至约室温～约200℃的峰值固化温度。
条款35.根据条款28～34中的任一项所述的方法，其中，将第一材料沉积到所述翼型上包括：以约100rpm～约4000rpm的速率将第一材料旋涂到所述翼型的表面上。
虽然前述涉及本公开的多个方面，但在不脱离其基本范围的情况下，可以设计本公开的其它和进一步的方面。而且，虽然前述涉及应用于航空航天工业的聚合物、材料以及方法，但本公开的方面可以涉及与飞行器无关的其它应用，如汽车工业、海洋工业、能源工业、风力涡轮机等方面的应用。

Claims (10)

1.一种复合翼型，该复合翼型包括：
根部，所述根部包括第一表面；
中间部，所述中间部包括第一表面并且在第一端部与所述根部连接；
梢部，所述梢部包括第一表面并且在第一端部与所述中间部的第二端部连接；和
导电材料层，该导电材料层连接至所述根部的第一表面、所述中间部的第一表面或者所述梢部的第一表面中的至少一个，所述导电材料包含：
第一聚合物，
第二聚合物，和
磺酸。
2.根据权利要求1所述的翼型，其中，所述导电材料层与所述中间部的第一表面相邻，并且所述中间部的第一表面是翼梁的表面；或者
其中，所述导电材料层是电极；或者
所述翼型还包含与所述材料层相邻的耐磨材料层。
3.根据权利要求2所述的翼型，其中，所述耐磨材料层包含镍、钛或其混合物。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的翼型，其中，所述磺酸包括萘磺酸、蒽磺酸、芘磺酸或其混合物；或者
其中，第一聚合物包括聚苯胺、聚(乙撑二氧噻吩)、聚(苯乙烯磺酸盐)及其混合物；或者
其中，第二聚合物包括聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸酯、环氧树脂、含缩水甘油基-Si-Zr的溶胶凝胶、聚酯、苯氧基树脂、聚硫或其混合物；或者
其中，第二聚合物是聚氨酯或聚乙烯醇缩丁醛。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的翼型，其中，所述导电材料层的厚度为约0.1μm～约10μm，电阻率为约1e+4Ω/□～约1e+8Ω/□。
6.一种形成设置在复合翼型上的导电材料的方法，该方法包括：
将包含聚合物和磺酸的第一材料沉积到设置在翼型上的碳同素异形体材料上，从而形成设置在所述翼型上的第二材料；和
固化第二材料。
7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括：
通过将碳同素异形体材料沉积到所述翼型上并固化所述碳同素异形体材料来形成所述碳同素异形体材料；或者
其中，所述碳同素异形体材料包括碳纳米管、石墨烯、富勒烯、聚碳酸酯或其组合。
8.根据权利要求6或7所述的方法，所述方法还包括利用清洗剂清洗第二材料；或者
所述方法还包括将所述聚合物溶解在溶剂中，其中，所述溶剂包括二甲苯、苯、甲苯、二甲基亚砜、水或其混合物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述清洗剂包括异丙醇、对甲苯磺酸、丙酮、甲醇、其水合物、其溶剂化物或其混合物。
10.根据权利要求6～9中的任一项所述的方法，其中，第二材料被沉积至约0.1μm～约10μm的厚度；或者
其中，所述固化包括将所述材料的温度升高至约室温～约200℃的峰值固化温度；或者
其中，将第一材料沉积到所述翼型上的步骤包括以约100rpm～约4000rpm的速率将第一材料旋涂到所述翼型的表面上。
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